CN108699731B - 用于剖切带材的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于剖切单轴取向材料的带材的方法和剖切机。使该带材在加工方向上经过具有一排平行齿的剖切型材，所述齿具有在加工方向上延伸的切削边缘。剖切该带材以形成包含通过原纤互连的多个平行条的带材。剖开的带材可以例如用于生产高拉伸绳索。

Description

用于剖切带材的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于剖切带材(特别是单轴取向热塑性材料的带材)的方法和装置，例如用于生产绳索，特别是包含一个或多个由单轴取向带材制成的股线的高拉伸绳索。这样的绳索用于高拉伸载荷，如系船、牵引、提升、近海设施、钓鱼线或网，或吊货网。这样的带材也可用于形成层压件中的一或多个层。
背景技术
WO 2013/092622公开了通过超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的单轴取向带材条的同时加捻和原纤化制成的绳索。这样的制绳法的缺点在于所得绳索在其长度上不均匀。另一些绳索使用具有小宽度(例如2毫米或更小)的带材，如Teijin的
Figure BDA0001781028190000011
2mm带材生产。可以例如通过将较大宽度的带材切割成许多具有所需较小宽度的带材制造这样的带材。由较宽的带材切割窄带材的缺点在于原纤被切割，因此较窄带材的整体接头拉伸强度会小于原始较宽带材的拉伸强度。宽带材成卷供应并切割成窄带材，随后单独卷绕。在下一步骤中，将卷绕的窄带材退卷并加捻以形成索或绳。
发明内容
本发明的一个目的是提供克服上文提到的问题的带材。
用一种方法实现本发明的目的，其中使单轴取向材料的带材在加工方向上经过具有一排平行齿的剖切型材(splitting profile)，所述齿在加工方向上观看时为三角形。由此，将该带材剖切成仍通过原纤互连的所需数量的条。这些原纤没有被切割或破坏。由于这些原纤，各条在它们可用于捻成绳索之前不必再卷绕。可以由剖开的带材直接制造绳索。这简化了整个方法。还已经发现，这显著提高最终产品的拉伸强度。
如果该剖切型材是静态的，例如具有三角形齿的斧，例如在加工方向上观看时表现出z形图案，则实现特别好的结果。
在一个具体实施方案中，各齿可包含划定圆形(circle)或弓形(circular)段的切削边缘(cutting edge)，这些齿同轴排列。切削边缘的半径可以例如为最多25毫米，例如最多20毫米。也可以使用更大半径。切削齿之间的距离可以例如为大约0.5-8毫米，例如大约1.5-2.5毫米，例如大约1.8-2.2毫米。切削边缘的高度可以例如为0.5-12毫米，例如大约1-5毫米，例如大约2-3毫米。
要剖切的带材可以例如以至少大约1m/min或更低，例如至少大约2m/min例如至最多大约200m/min或甚至更高的加工速度经过剖切型材。
如果该带材以相对于水平面0-90度的进入角进给到该剖切型材中，获得良好结果。
该带材可以例如以相对于水平面0-90度的离开角离开该剖切型材。
在剖切过程中，网幅张力可以例如为大约0-3N/mm。
本发明还涉及单轴取向材料的带材，其包含通过原纤互连的多个平行条。各条在其一个或两个纵边与相邻的平行条相连。单轴取向材料是指该带材表现出在一个方向上的聚合物链取向。这样的材料表现出各向异性机械性质。
单轴取向材料可以例如是或包含聚乙烯，例如UHMWPE。UHMWPE可以是线性或支化的。线性聚乙烯具有每100个碳原子少于1个侧链，例如每300个碳原子少于1个侧链，侧链或分支通常含有至少10个碳原子。可以在2毫米厚的压缩模塑膜上通过FTIR测量侧链。线性聚乙烯可进一步含有最多5摩尔％的一种或多种其它可共聚链烯，如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯和/或辛烯。线性聚乙烯可具有高摩尔质量以及至少4dl/g；例如至少8dl/g，例如至少10dl/g的特性粘度(IV，在135℃下对在十氢化萘中的溶液测定)。
超高分子量聚乙烯可以例如具有至少500 000克/摩尔，特别是1*106克/摩尔至1*108克/摩尔的重均分子量(Mw)。在一个实施方案中，该聚乙烯具有至少2.0*105g/mol的数均分子量(Mn)。Mn可以为至少5.0*105g/mol，更特别至少8.0*105g/mol，或甚至至少1.0百万g/mol，或甚至至少1.2百万克/摩尔。具有相对较高Mw的聚合物的使用具有相对较高强度的优点；具有相对较高Mn的聚合物的使用具有含有相对低量的低分子量聚乙烯的优点，并且由于相信带材的性质源自高分子量分子，较少低分子量分子的存在会产生具有更好性质的带材。会特别优选使用兼具相对较高Mw及相对较高Mn的聚合物。可以如WO2010/079172中所述测定Mn和Mw。也可参考S.Talebi等人,Macromolecules 2010,第43卷,第2780-2788页。在一个实施方案中，该带材基于例如，如WO 2009/007045和WO2010/079172中所述的解缠结PE。
为了形成绳索，可以将该带材与可以例如包含聚烯烃、聚酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚酰胺、液晶聚合物和梯形聚合物，如聚苯并咪唑或聚苯并噁唑的附加带材、条、纱和/或长丝合并，
可以通过拉膜制备单轴取向UHMWPE的带材。可以通过在低于其熔点的温度下压实UHMWPE粉末和通过辊轧和拉伸所得聚合物制备膜。这种方法的一个实例公开在US 5,578,373中。
或者，可以将UHMWPE粉末进给到挤出机中，以在熔点以上的温度下挤出膜。
在将该聚合物进给到挤出机中之前，可以将该聚合物与合适的液体有机化合物混合，以例如形成凝胶。
然后可以在一个或多个连续步骤中牵引或拉伸UHMWPE膜以获得所需单轴取向带材。
该带材的宽度可以例如大于3毫米，例如大于8毫米，例如大于15毫米，例如大于100毫米。该带材的厚度可以例如为至少大约30微米，例如最多大约200微米。
该带材的面密度可以例如为2至200克/平方米，例如10至170克/平方米，例如10至100克/平方米，例如20至60克/平方米。
通过测定10米材料的以毫克计的重量测量线密度并方便地以dtex(g/10km)或旦(den,g/9km)表示。该带材的线密度可以取决于该带材的面密度、该带材的宽度和该带材的捻度。该带材的线密度可以例如为400dtex(360den)至200.000dtex(180000den)，例如1000dtex(900den)至100000dtex(90000den)，例如2000dtex(1800den)至50000dtex(45000den)。
该带材在剖切前的拉伸强度取决于所用的UHMWPE类型和其拉伸比。该带材的拉伸强度可以例如为至少0.9GPa，例如至少1.5GPa，例如至少2.1GPa，例如至少3GPa。
在一个实施方案中，该带材可具有至少3的200/110单面取向参数Φ。200/110单面取向参数Φ被定义为在反射几何中测定的带材样品的X-射线衍射(XRD)图中的200和110峰面积之间的比率。200/110单面取向参数给出关于200和110晶面相对于带材表面的取向程度的信息。对于具有高200/110单面取向的带材样品，200晶面平行于带材表面高度取向。已经发现，高单面取向通常伴随着高拉伸强度和高致断拉伸能量。200/110单面取向参数Φ可以优选为至少4，更特别至少5，或至少7。更高的值，如至少10或甚至至少15的值可能特别优选。如果峰面积110等于0，则这一参数的理论最大值无穷大。200/110单面取向参数的高值通常伴随着强度和致断能量的高值。200/110单面取向参数Φ可以根据WO2010/007062第9页第19行至第11页第17行中所述测定。
将该带材剖切成通过原纤互连的多个条。每厘米条的原纤数可以例如为最多大约100，例如最多大约60，例如最多大约40。该原纤可具有例如大约100纳米至大约1毫米或更大的宽度。
在将该带材剖切成通过原纤互连的多个条后，通过将包含该互连条的一个或多个股线加捻组装绳索。这样的股线也可包含多于一个亚股线(sub-strands)或次股线(secondary strands)。各股线或次股线(secondary strand)可包含至少一个剖开的带材。
该加捻股线和/或包含加捻股线的绳索可随后拉伸。这样的后拉伸步骤可以例如在升高的温度但低于该股线中的最低熔点带材的熔点的温度下进行(热拉伸)。对于含有包含UHMWPE的带材的绳索，该温度可以例如在100-150℃的范围内。
该绳索可以例如具有基本圆形横截面或长椭圆形横截面，如扁平、椭圆或矩形横截面。这样的长椭圆形横截面可以例如具有1:1.2至1:4的宽高比。
该绳索可以例如无纬织造(laid)、编织、编绞、平行、具有或没有芯、具有任何合适的股线数。平行绳索可以用至少单个股线构造。更复杂的绳索中的股线数可以例如为至少3，例如最多50，例如最多25，以实现良好性能和易制造性的组合。
编织提供在使用过程中保持其内聚力的牢固和扭矩平衡绳索。合适的编织构造包括辫带状编织(soutache braids)、管状或圆形编织和扁平编织。管状或圆形编织通常包含两组缠结股线，可能具有不同模式。管状编织中的股线数可广泛变化。尤其如果股线数高和/或如果股线相对较细，管状编织可能具有中空芯；且该编织可能塌缩成长椭圆形。编织绳索中的股线数可以例如为4-48。
或者，该绳索可以为具有捻距的无纬(laid)构造，或为具有编织周期的编织构造，其中捻距(lay length)，即无纬(laid)构造中的股线的一转的长度，或编织周期，即编织绳索的节距(pitch length)，为绳索直径的4至20倍。较高的捻距或编织周期可能产生具有较高强力利用率(strength efficiency)的绳索。捻距或编织周期可以例如为绳索直径的大约5-15倍，例如绳索直径的大约6-10倍。
任选地，该绳索和/或该绳索中的带材可用例如用于改进耐磨性或弯曲疲劳或其它机械或物理性质的涂料涂布。这样的涂料可以在构造绳索前施加到带材上或在构造绳索后施加到绳索上。
实例包括含硅酮油、沥青、聚氨酯或其混合物的涂料。该绳索的涂料可以例如为绳索总重量的大约2.5-35重量％。
该带材也可用于形成层压件(例如交叉铺设的层压件)中的层。该层压件可以例如包含箔层和由至少一个本公开的带材形成的层。该带材可以在层压前铺开。
本发明还涉及一种用于剖切单轴取向材料的带材的装置，其包含剖切机型材(splitter profile)、用于将带材以加工方向进给到剖切机中的带材进给器，所述剖切机型材具有一排平行齿，它们在加工方向上观看时为三角形。
如果剖切机包含反向型材(counterprofile)，则获得特别好的结果，剖切机型材和反向型材(counterprofile)形成供带材经过的间隙(nip)，反向型材(counterprofile)具有与剖切机型材的齿互相啮合的齿。
附图简述
参照附图进一步解释本发明。
图1:显示剖切单元的一个示例性实施方案的正视图；
图2:显示在剖切过程中图1的剖切单元的顶视图；
图3:以顶视图显示包含加工的带材的层压件；
图4:以侧视图显示层压件。
具体实施方式
图1显示用于剖切UHMWPE带材或类似高拉伸材料的带材以形成用于捻制高拉伸绳索的条的剖切机(splitter)1。剖切机1包含型材(profile)3和反向型材(counterprofile)5。型材3和反向型材(counterprofile)5平行并具有含切削边缘7的齿6。齿6在垂直于型材3的纵轴X的方向上观看时是三角形。反向型材(counterprofile)5的切削边缘7与型材3的切削边缘互相啮合以形成供带材经过的z形间隙10。带材以垂直于图1中的图的平面的加工方向A经过间隙10(见图2)。
在所示实施方案中，型材3和反向型材(counterprofile)5是两个平行的主要圆柱体。但是该型材和反向型材(counterprofile)可具有任何其它合适的形状，只要它们在互相啮合的三角形切削边缘之间划定z形间隙。
图2以顶视图显示如何经剖切机1传导带材12。型材3和反向型材(counterprofile)5的切削齿6将带材12剖切成多个条13。这些条13没有完全分离而是仍如图3中所示通过独立原纤14互连。
带材12可以例如如图3和4中所示用于层压件15。层压件15包含箔层16和由带材12形成的层17。将带材12铺开以提高带材12的各条13之间的距离。箔载体可以例如是LDPE或HDPE层。该带材可以在刚好高于箔载体的熔融温度但低于带材的熔融温度的温度下层压。该层压件可具有更多个由一个或多个带材形成的层，例如在加强的(enforced)层和箔之间和/或在箔上和/或在带材增强的层上。这样的层压件具有高耐冲击性。
实施例1
由UHMWPE带材(
Figure BDA0001781028190000072
TA23，可获自Teijin，Netherlands)制成五个绳索。带材宽度为133毫米且线密度为62000dtex。根据本发明以2mm的齿距(pitch)剖切带材。使用根据ASTM D7269的试验方法使用500mm的标距长度(gauge length)和150mm/min的试验速度测量断裂力。所用夹钳类型是Musschel 100kN。平均断裂力为BF＝10,44kN。
使用含有尚未剖切的相同带材的绳索在相同条件下重复该试验。这些绳索具有8,98kN的断裂强度，这比根据本发明的绳索的强度低16％以上。
实施例2
由UHMWPE(
Figure BDA0001781028190000073
TA23)的20mm带材以捻系数30制成绳索。在第一组中，根据本发明使用2mm齿距剖切20mm带材。在第二组中，根据本发明使用2,5mm齿距剖切20mm带材。在第三组中，绳索由10个未剖切的2mm带材制成。第三组的这些带材不符合本发明并且未通过原纤互连。
根据ASTM D7269测试断裂强度和断裂韧性。
表1显示受试绳索的断裂强度和断裂韧性。
表1
Figure BDA0001781028190000071
实施例3
由UHMWPE(
Figure BDA0001781028190000084
TA23)的20mm带材以捻系数45制成绳索。在第一组中，根据本发明使用2mm齿距剖切20mm带材。在第二组中，根据本发明使用2,5mm齿距剖切20mm带材。在第三组中，绳索由10个未剖切的2mm带材制成。这些带材不符合本发明并且未通过原纤互连。
根据ASTM D7269测试断裂强度和断裂韧性。
表2显示受试绳索的断裂强度和断裂韧性。
表2
Figure BDA0001781028190000081
实施例4
由UHMWPE(
Figure BDA0001781028190000082
TA23)的20mm带材以捻系数60制成绳索。在第一组中，根据本发明使用2mm齿距剖切20mm带材。在第二组中，根据本发明使用2,5mm齿距剖切20mm带材。在第三组中，绳索由10个未剖切的2mm带材制成。这些窄带材不符合本发明并且未通过原纤互连。
根据ASTM D7269测试断裂强度和断裂韧性。
表3显示受试绳索的断裂强度和断裂韧性。
表3
Figure BDA0001781028190000083

Claims (31)

1.一种将单轴取向材料的带材剖切成通过原纤互连的多个条的方法，其中使所述带材在加工方向上经过具有一排平行齿的剖切型材，所述齿具有在加工方向上延伸的切削边缘，其中所述剖切型材是静态的。
2.权利要求1的方法，其中所述齿在垂直于加工方向的横截面中是三角形。
3.权利要求1的方法，其中各齿的切削边缘划定圆形或弓形段，所述齿同轴排列。
4.权利要求2的方法，其中各齿的切削边缘划定圆形或弓形段，所述齿同轴排列。
5.权利要求1至4任一项的方法，其中切削齿之间的距离为0.5-5毫米。
6.权利要求5的方法，其中切削齿之间的距离为1.5-2.5毫米。
7.权利要求5的方法，其中切削齿之间的距离为1.8-2.2毫米。
8.权利要求1至4、6、7任一项的方法，其中所述带材以至少1m/min的加工速度经过所述剖切型材。
9.权利要求5的方法，其中所述带材以至少1m/min的加工速度经过所述剖切型材。
10.权利要求8的方法，其中所述带材以最多200m/min的加工速度经过所述剖切型材。
11.权利要求9的方法，其中所述带材以最多200m/min的加工速度经过所述剖切型材。
12.权利要求1至4、6、7、9至11任一项的方法，其中以相对于水平面0-90度的进入角将所述带材进给到剖切型材中。
13.权利要求5的方法，其中以相对于水平面0-90度的进入角将所述带材进给到剖切型材中。
14.权利要求8的方法，其中以相对于水平面0-90度的进入角将所述带材进给到剖切型材中。
15.权利要求1至4、6、7、9至11、13、14任一项的方法，其中以相对于水平面0-90度的离开角将所述带材进给到剖切型材中。
16.权利要求5的方法，其中以相对于水平面0-90度的离开角将所述带材进给到剖切型材中。
17.权利要求8的方法，其中以相对于水平面0-90度的离开角将所述带材进给到剖切型材中。
18.权利要求12的方法，其中以相对于水平面0-90度的离开角将所述带材进给到剖切型材中。
19.权利要求1至4、6、7、9至11、13、14、16至18任一项的方法，其中所述单轴取向材料是聚乙烯。
20.权利要求5的方法，其中所述单轴取向材料是聚乙烯。
21.权利要求8的方法，其中所述单轴取向材料是聚乙烯。
22.权利要求12的方法，其中所述单轴取向材料是聚乙烯。
23.权利要求15的方法，其中所述单轴取向材料是聚乙烯。
24.权利要求19的方法，其中所述单轴取向材料是UHMWPE。
25.权利要求20至23任一项的方法，其中所述单轴取向材料是UHMWPE。
26.一种生产绳索的方法，其中通过根据权利要求1至25任一项的方法，将单轴取向材料的带材剖切成通过原纤互连的多个条，且其中随后将所述条加捻以形成绳索。
27.单轴取向材料，其包含通过原纤互连的多个平行条，所述条沿单轴取向材料的纵向延伸。
28.一种层压件，其包含箔层和在所述箔层的至少一侧的层，其中所述层通过层压使用权利要求1-25任一项的方法制备的剖切带材形成。
29.包含加捻的通过权利要求1-25任一项的方法剖切带材制备的单轴取向材料的绳索。
30.一种用于剖切单轴取向材料的带材的剖切机，所述剖切机包含剖切机型材、用于将带材以加工方向进给到剖切机型材中的带材进给器，所述剖切机型材具有一排平行齿，它们在加工方向上观看时为三角形，其中所述剖切型材是静态的。
31.权利要求30的剖切机，其包含反向型材，其中所述剖切机型材和反向型材形成供带材经过的间隙，所述反向型材具有与所述剖切机型材的齿互相啮合的切削齿。
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